JP3769327B2

JP3769327B2 - Prism lens sheet, backlight system and liquid crystal display device

Info

Publication number: JP3769327B2
Application number: JP19336996A
Authority: JP
Inventors: 弘小島
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: TW330983B; JPH1039115A; US6011601A; KR980010515A; KR100321282B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画面輝度及び視野角を光学的に制御するプリズムレンズシート及びそれを用いたバックライトシステム、液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置は、その軽量化や高精細化等に伴って、パソコンを始めとするＯＡ機器などに広く使用されている。しかし、液晶自体が発光しないために、バックライトシステムを用いて、輝度の向上を図っている。
一方、ノートブック型パソコンが普及し、開放的空間における使用が頻繁に行なわれるようになり、個人使用の要求が高まってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このために、前述した液晶表示装置は、情報の保護のために、視野角を狭くしたいという要求があり、バックライトシステムを改良して、その明るさや視野角を制御することが望まれている。
この課題を解決するために、バックライトシステムの明るさを向上させることも考えられるが、消費電力、発熱量の増大やコストアップなどの別の問題が発生する。
【０００４】
本発明は、従来のバックライトシステムに改良を加えることなく、画面輝度と視野角を光学的に制御することを可能にするプリズムレンズシート及びそれを用いたバックライトシステム、液晶表示装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、透光性基板の一方の面に三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ部を長軸方向が互いに平行になるように多数形成した、バックライトシステム上に配置するためのプリズムレンズシートにおいて、前記単位レンズ部は、断面が二等辺三角形であって、その頂角が８０〜８７°であり、且つ、屈折率が１．５７〜１．５９の電離放射線硬化樹脂によって成形されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のプリズムレンズシートにおいて、前記単位レンズ部は、半値角が６５°以下であることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のプリズムレンズシートにおいて、前記単位レンズ部は、半値角と反転角との差が２０°以上であることを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は、透光性のある板状の導光板と、前記導光板の側端面の双方又は一方に隣接して設けられた線状光源と、前記導光板の裏側に配置された反射板と、前記導光板の上面に配置された拡散板と、前記光拡散板の出光側に設けられた前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプリズムレンズシートとを含むものである。
【０００８】
請求項５の発明は、透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の背面に設けられた前記請求項４に記載のバックライトシステムとを含むものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。
図１は、本実施形態に係るプリズムレンズシートを用いたバックライトシステムを示す図である。プリズムレンズシート１０は、透光性基板１１の一方の面に三角柱からなるプリズム形状の単位レンズ部１２を長軸方向が互いに平行になるように多数形成したシートである。
【００１０】
透光性基材１１は、ポリメタアクリル酸メチル，ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル，ポリカーボネート，ポリスチレン等の透明な樹脂等，透明な硝子等、透明なセラミックス等の透光性材料からなる平面形状をしたシート又はフィルムである。この透光性基材１１は、背面光源用として用いる場合には、厚みが２０〜１０００μｍ程度であって、平面形状のものを用いることが好ましい。
【００１１】
この実施形態では、単位レンズ部１２は、断面が二等辺三角形であって、その頂角αが８０〜８７°となるように設定することが好ましい。また、単位レンズ部１２のピッチは、用途にもよるが、ほぼ１０〜５００μｍが好ましい。
【００１２】
この単位レンズ部１２は、このプリズムレンズシート１０の逆型が切削された成形型に、紫外線硬化樹脂を塗布したのちに透光性基材１１を積層して、紫外線を照射することにより硬化させて成形することができる。
また、紫外線硬化性の熱可塑性樹脂フィルムにロールエンボス版によってエンボス加工したのちに、紫外線を照射してそのフィルムを硬化させる方法（特開昭６１−１５６２７３号公報記載）などによっても成形することができる。
【００１３】
紫外線硬化樹脂としては、屈折率が１．５７〜１．５９のものが好ましく使用することができる。
なお、紫外線硬化樹脂の例で説明したが、他の電離放射線、例えば、電子線によって硬化する電子線硬化樹脂であってもよい。
【００１４】
バックライトシステム２０は、基部側から先端側に厚さが薄くなるように成形された導光板２１と、その導光板２１の基部側に配置された冷陰極管などの光源２２と、光源２２をカバーしその光を導光板２１側に反射させるリフレクタ２３と、導光板２１の下面に設けられ、下方向に向かった光を順次反射する反射板２４と、導光板２１の上面に配置され、上方向に出射する光を拡散させる拡散板２５と、拡散板２５の上面に配置された本実施形態に係るプリズムレンズシート１０等とから構成されている。
【００１５】
図２は、図１のバックライトシステムを用いた液晶表示装置を示した図である。この液晶表示装置３０は、図１のバックライトシステム２０が背面に配置されており、マトリクス状のセルをもつ液晶３１と、液晶３１の両側に配置され、各セルに電圧を印加する回路を有する透明導電膜３２，３３と、透明導電膜３３の上面に配置され、各セルを所定のパターンでＲ，Ｇ，Ｂの３色に対応ずけるカラーフィルター３４と、これらを両側から封止するガラス板３５，３６と、ガラス板３６の上面に配置された位相差フィルム３７と、入光側と出光側に配置された偏光フィルム３８，３９等とから構成されている。
【００１６】
【実施例】
次に、具体的な実施例をあげて、本発明をさらに詳しく説明する。
バックライトシステム２０は、導光板２１として、１１．３インチの大きさであって基部側の厚みが２．５ｍｍ、先端側の厚みが１．０ｍｍとなるような形状のアクリル板を用い、光源２２として、φ１．８ｍｍ，７．９２Ｗの冷陰極管を用い、光拡散板２５として、厚み１２５μｍのＰＥＴフィルム上に有機ビーズ（アクリル）をコーティングして拡散層を形成したフィルム（大日本印刷製，Ｎｏ．７９００ｓｃ）を使用した。
【００１７】
プリズムレンズシート１０は、プリズム形状を形成する屈折率１．４９，１．５７，１．５９の紫外線硬化樹脂を用意し、それぞれ頂角８０，８３，８５，９０°でプリズム形状の逆型を切削した成形型に注入した後に、透明基材を重ね合わせて、その透明基材を通して、紫外線光源により紫外線を照射し、重合後に離型することにより得た。
【００１８】
そして、以下に示す実施例（１）〜（１２）、比較例（１３），（１４）のプリズムレンズシートを光拡散板２５上に配置して、正面５００ｍｍの位置において、輝度計（トプコン製，ＢＭ−７，測定角０．２度）を用いて輝度測定を行った。その結果、図３から図５及び図６の値を得た。
各実施例の頂角，屈折率及びその測定結果の図面は、以下の通りである。
【００１９】

【００２０】
また、図６（Ａ）は、プリズムレンズシート１０を除いたバックライトシステム２０についての輝度測定結果［比較例（１３）］を示す線図、図６（Ｂ）は、屈折率Ｒ＝１．５７，頂角α＝９７°のプリズムレンズシートを用いた場合の輝度測定結果［比較例（１４）］を示す線図である。
【００２１】
本実施例は、大きさ約１０インチの画面をもつ、ラップトップパソコンに使用する場合を想定したものであって、画面の正面において、距離４００ｍｍで観察している場合に、２５０ｍｍ脇まで近づいて画面を観察されることは難しい。逆に言えば、近づいても、隣人から観察されにくい角度（視野角）は、片側３２°付近である。
【００２２】
図７〜図９は、図３〜図５の線図に基づいて、半値角，半値角と反転角の差，輝度上昇率の傾向を表した線図である。
半値角は、主ローブの最大輝度が１／２になる値であって、画面の明るさの変化を違和感なく観察できる領域である。この角度を超えた位置から観察すると、画面が見えにくくなる。図７において、半値角６５°を境にして、プリズムレンズシートを選択できる。
【００２３】
反転角は、輝度分布図において、最大輝度位置から、輝度の変化率が減少から上昇に点じる点があり、この点を反転角として定義している。この角度からは、画面が真っ暗になり、画面を観察することができない。つまり、半値角と反転角の間の角度領域が広くなることが、画面が見えにくくなる領域が広くなることになる。この角度差が、情報の機密性を得るための条件となる。
【００２４】
輝度上昇率は、プリズムレンズシート１０を搭載する前後での正面輝度の変化率を表現した値である。画面のコントラスト、見やすさを考慮すると、輝度上昇率は、高いほどよい。図９において、輝度上昇率は、頂角が９０°に近くなるほうが高くなり、また、屈折率が高い方が高くなる。
【００２５】
図１０は、本実施例に係るプリズムレンズシートを用いたバックライトシステムの視野・輝度評価結果を示す図である。各実施例の視野と輝度の目視による評価を行なった。屈折率１．４９のものは、「やや暗い」という傾向にあり、頂角９０°のものは、「隣から見てやや見やすい」という傾向にある。また、頂角の下限を考えた場合には、屈折率１．５７，１．５９を使用しても、８０°よりも輝度上昇率が低くなることが予想されるので、これ以上鋭角にするべきではない。そこで、他人が観察する位置、半値角、半値角と反転角の差を考慮した結果、頂角８０から７８°、屈折率１．５７から１．５９の間が好ましいことがわかった。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、プリズムレンズの頂角と屈折率を所定の範囲に設定したので、画面輝度及び視野角を光学的に制御でき、明るく、隣から見て見えにくい、バックライトシステム、液晶表示装置などの表示が可能となる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るプリズムレンズシートを用いたバックライトシステムを示す図である。
【図２】図１のバックライトシステムを用いた液晶表示装置を示した図である。
【図３】本実施例に係るプリズムレンズシートの輝度測定結果を示す線図である。
【図４】本実施例に係るプリズムレンズシートの輝度測定結果を示す線図である。
【図５】本実施例に係るプリズムレンズシートの輝度測定結果を示す線図である。
【図６】比較例に係るプリズムレンズシートの輝度測定結果を示す線図である。
【図７】図３〜図５の線図に基づいて、半値角の傾向を表した線図である。
【図８】図３〜図５の線図に基づいて、反転角の傾向を表した線図である。
【図９】図３〜図５の線図に基づいて、輝度上昇率の傾向を表した線図である。
【図１０】本実施例に係るプリズムレンズシートを用いたバックライトシステムの視野・輝度評価結果を示す図である。
【符号の説明】
１０プリズムレンズシート
１１透光性基板
１２単位レンズ部
２０バックライトシステム
２１導光板
２２光源
２３リフレクタ
２４反射板
２５拡散板
３０液晶表示装置
３１液晶
３２，３３透明導電膜
３４カラーフィルター
３５，３６ガラス板
３７位相差フィルム
３８，３９偏光フィルム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a prism lens sheet that optically controls screen luminance and viewing angle, a backlight system using the same, and a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, liquid crystal display devices have been widely used in office automation equipment such as personal computers as their weight and resolution become higher. However, since the liquid crystal itself does not emit light, the backlight system is used to improve the luminance.
On the other hand, notebook personal computers have become widespread and are frequently used in open spaces, increasing the demand for personal use.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, the above-described liquid crystal display device is required to narrow the viewing angle in order to protect information, and it is desired to improve the backlight system and control the brightness and viewing angle. .
In order to solve this problem, it is conceivable to improve the brightness of the backlight system, but other problems such as an increase in power consumption, an amount of heat generation, and an increase in cost occur.
[0004]
The present invention provides a prism lens sheet, a backlight system using the prism lens sheet, and a liquid crystal display device that can optically control the screen brightness and the viewing angle without improving the conventional backlight system. This is the issue.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a backlight in which a large number of prism-shaped unit lens portions made of triangular prisms are formed on one surface of a translucent substrate so that the major axis directions thereof are parallel to each other. in prism lens sheet for placement on the system, each unit lens section is a cross section isosceles triangle, Ri the apex angle of 80 to 87 ° der, and a refractive index of from 1.57 to 1. It is formed of 59 ionizing radiation curable resin .
[0006]
The invention of claim 2 is the prism lens sheet according to

claim

1, wherein the unit lens section is characterized by half-angle is 65 ° or less. According to a third aspect of the present invention, in the prism lens sheet according to the first or second aspect , the unit lens portion has a difference between a half-value angle and an inversion angle of 20 ° or more. And
[0007]
According to a fourth aspect of the present invention, a light-transmitting plate-shaped light guide plate, a linear light source provided adjacent to one or both of the side end surfaces of the light guide plate, and a back side of the light guide plate are disposed. a reflector, including a diffusing plate disposed on the upper surface of the light guide plate, a prism lens sheet as claimed in any one of claims 3 to claim 1 provided on the light exit side of the light diffuser plate It is a waste.
[0008]
The invention of claim 5 includes a transmissive liquid crystal display element and the backlight system according to claim 4 provided on the back surface of the liquid crystal display element.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a backlight system using a prism lens sheet according to the present embodiment. The prism lens sheet 10 is a sheet in which a large number of prism-shaped unit lens portions 12 made of triangular prisms are formed on one surface of a translucent substrate 11 so that the major axis directions thereof are parallel to each other.
[0010]
The translucent substrate 11 is made of an acrylic acid ester such as polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, or a homopolymer or a copolymer of methacrylic ester, polyethylene terephthalate, polyester such as polybutylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, etc. A planar sheet or film made of a transparent material such as transparent resin, transparent glass, or transparent ceramics. When this translucent base material 11 is used for a back light source, it is preferable to use a planar one having a thickness of about 20 to 1000 μm.
[0011]
In this embodiment, the unit lens unit 12 is preferably set so that the cross section is an isosceles triangle and the apex angle α is 80 to 87 °. The pitch of the unit lens portions 12 is preferably about 10 to 500 μm although it depends on the application.
[0012]
The unit lens portion 12 is formed by applying an ultraviolet curable resin to a molding die obtained by cutting the reverse mold of the prism lens sheet 10, laminating a translucent substrate 11, and curing it by irradiating ultraviolet rays. Can be molded.
It can also be formed by a method of emulsifying an ultraviolet curable thermoplastic resin film with a roll emboss plate and then curing the film by irradiating ultraviolet rays (described in JP-A-61-156273). it can.
[0013]
As the ultraviolet curable resin, those having a refractive index of 1.57 to 1.59 can be preferably used.
In addition, although demonstrated by the example of the ultraviolet curable resin, the electron beam curable resin hardened | cured with other ionizing radiations, for example, an electron beam may be sufficient.
[0014]
The backlight system 20 includes a light guide plate 21 formed so as to be thin from the base side to the tip side, a light source 22 such as a cold cathode tube disposed on the base side of the light guide plate 21, and a light source 22. A reflector 23 that covers and reflects the light to the light guide plate 21 side, a reflector 24 that is provided on the lower surface of the light guide plate 21 and sequentially reflects light directed downward, and is disposed on the upper surface of the light guide plate 21. The diffusion plate 25 is configured to diffuse light emitted in the direction, and the prism lens sheet 10 according to the present embodiment disposed on the upper surface of the diffusion plate 25.
[0015]
FIG. 2 is a diagram showing a liquid crystal display device using the backlight system of FIG. The liquid crystal display device 30 has the backlight system 20 of FIG. 1 arranged on the back surface, and has a liquid crystal 31 having matrix cells, and a circuit that is arranged on both sides of the liquid crystal 31 and applies a voltage to each cell. Transparent conductive films 32 and 33, a color filter 34 disposed on the upper surface of the transparent conductive film 33, each cell corresponding to three colors of R, G and B in a predetermined pattern, and glass for sealing these from both sides It comprises a plate 35, 36, a retardation film 37 disposed on the upper surface of the glass plate 36, and polarizing films 38, 39 disposed on the light incident side and the light exit side.
[0016]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
The backlight system 20 uses an acrylic plate having a size of 11.3 inches, a base side thickness of 2.5 mm, and a tip side thickness of 1.0 mm as the light guide plate 21. 22 is a cold cathode tube having a diameter of 1.8 mm and 7.92 W, and a light diffusion plate 25 is a film in which a diffusion layer is formed by coating organic beads (acrylic) on a 125 μm thick PET film (Dai Nippon Printing Co., Ltd.) , No. 7900sc).
[0017]
The prism lens sheet 10 is prepared with ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.49, 1.57, and 1.59, which forms a prism shape, and the prism shape is inverted at apex angles of 80, 83, 85, and 90 degrees, respectively. After injecting into the cut mold, the transparent base material was superposed, the ultraviolet light source was irradiated through the transparent base material with an ultraviolet light source, and the mold was released after polymerization.
[0018]
Then, the prism lens sheets of Examples (1) to (12) and Comparative Examples (13) and (14) shown below are arranged on the light diffusion plate 25, and a luminance meter (manufactured by Topcon) at a position of 500 mm in front. , BM-7, measuring angle 0.2 degree). As a result, the values of FIGS. 3 to 5 and 6 were obtained.
The drawing of the apex angle, refractive index, and measurement result of each example is as follows.
[0019]

[0020]
6A is a diagram showing a luminance measurement result [Comparative Example (13)] for the backlight system 20 excluding the prism lens sheet 10, and FIG. 6B shows a refractive index R = 1. 57 is a diagram showing luminance measurement results [Comparative Example (14)] when a prism lens sheet having an apex angle α = 97 ° is used. FIG.
[0021]
This embodiment assumes the case of using a laptop computer having a screen of about 10 inches in size, and approaches the side of 250 mm when observing at a distance of 400 mm on the front of the screen. It is difficult to observe the screen. In other words, the angle (viewing angle) that is difficult to be observed by the neighbor even when approaching is about 32 ° on one side.
[0022]
FIGS. 7 to 9 are diagrams showing the trend of the half-value angle, the difference between the half-value angle and the inversion angle, and the luminance increase rate based on the diagrams of FIGS.
The half-value angle is a value at which the maximum luminance of the main lobe is halved, and is an area where changes in screen brightness can be observed without a sense of incongruity. When observing from a position exceeding this angle, the screen becomes difficult to see. In FIG. 7, a prism lens sheet can be selected with a half-value angle of 65 ° as a boundary.
[0023]
The inversion angle has a point in the luminance distribution diagram where the rate of change in luminance starts from decreasing to rising from the maximum luminance position, and this point is defined as the inversion angle. From this angle, the screen becomes dark and the screen cannot be observed. That is, when the angle region between the half-value angle and the reversal angle is widened, the region where the screen is difficult to see is widened. This angle difference is a condition for obtaining confidentiality of information.
[0024]
The luminance increase rate is a value expressing the change rate of the front luminance before and after mounting the prism lens sheet 10. Considering the contrast of the screen and the ease of viewing, the higher the luminance increase rate, the better. In FIG. 9, the luminance increase rate is higher when the apex angle is closer to 90 °, and is higher when the refractive index is higher.
[0025]
FIG. 10 is a diagram illustrating a visual field / luminance evaluation result of the backlight system using the prism lens sheet according to the present embodiment. The visual field and luminance of each example were evaluated visually. Those having a refractive index of 1.49 tend to be “slightly dark”, and those having a vertex angle of 90 ° tend to be “slightly easy to see from the next”. In addition, when considering the lower limit of the apex angle, even if the refractive indexes of 1.57 and 1.59 are used, the luminance increase rate is expected to be lower than 80 °. Should not. Therefore, as a result of considering the position observed by others, the half-value angle, and the difference between the half-value angle and the reversal angle, it was found that the apex angle is 80 to 78 ° and the refractive index is 1.57 to 1.59.
[0026]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since the apex angle and refractive index of the prism lens are set within a predetermined range, the screen brightness and the viewing angle can be optically controlled, and are bright and difficult to see from the next. In addition, it is possible to display a backlight system, a liquid crystal display device, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a backlight system using a prism lens sheet according to the present embodiment.
FIG. 2 is a view showing a liquid crystal display device using the backlight system of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a luminance measurement result of the prism lens sheet according to the present example.
FIG. 4 is a diagram showing luminance measurement results of the prism lens sheet according to the present example.
FIG. 5 is a diagram illustrating a luminance measurement result of the prism lens sheet according to the present example.
FIG. 6 is a diagram illustrating a luminance measurement result of a prism lens sheet according to a comparative example.
FIG. 7 is a diagram showing the tendency of half-value angle based on the diagrams of FIGS.
FIG. 8 is a diagram showing the tendency of the reversal angle based on the diagrams of FIGS.
FIG. 9 is a diagram showing a tendency of a luminance increase rate based on the diagrams of FIGS.
FIG. 10 is a diagram illustrating a visual field / luminance evaluation result of a backlight system using the prism lens sheet according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Prism lens sheet 11 Translucent board | substrate 12 Unit lens part 20 Back light system 21 Light guide plate 22 Light source 23 Reflector 24 Reflector plate 25 Diffuser plate 30 Liquid crystal display device 31 Liquid crystal 32, 33 Transparent conductive film 34 Color filter 35, 36 Glass plate 37 retardation film 38, 39 Polarizing film

Claims

In a prism lens sheet for arranging on a backlight system, a large number of prism-shaped unit lens portions made of triangular prisms are formed on one surface of a translucent substrate so that the major axis directions are parallel to each other.
Each unit lens section is a cross section isosceles triangle, its apex angle of Ri 80 to 87 ° der, and, that the refractive index is formed by ionizing radiation curable resin from 1.57 to 1.59 Prism lens sheet characterized by

In the prism lens sheet according to claim 1 ,
The unit lens portion has a half-value angle of 65 ° or less.

In the prism lens sheet according to claim 1 or 2 ,
The unit lens portion has a difference between a half-value angle and an inversion angle of 20 ° or more.

A light-transmitting plate-shaped light guide plate;
A linear light source provided adjacent to both or one of the side end faces of the light guide plate;
A reflector disposed on the back side of the light guide plate;
A diffusion plate disposed on an upper surface of the light guide plate;
A backlight system comprising: the prism lens sheet according to any one of claims 1 to 3 , which is provided on a light output side of the light diffusion plate.

A transmissive liquid crystal display element;
The backlight system of Claim 4 provided in the back surface of the said liquid crystal display element.